\section{Capa Física}

\subsection{Señales}
Mediante la variación de algunas propiedades físicas, como el voltaje 
o la corriente, es posible transmitir información a través de cables. 
Al representar el valor de este voltaje o corriente como una función 
simple del tiempo, f (t), podemos modelar el comportamiento de la 
señal y analizarlo matemáticamente.

\subsubsection{Series de Fourier}
Fourier probó que cualquier función periódica de comportamiento 
razonable, g (t) con un periodo T, se puede construir sumando 
una cantidad (posiblemente infinita) de senos y cosenos.

\paragraph{}
Ninguna instalación transmisora puede transmitir señales sin perder 
cierta potencia en el proceso. 
Si todos los componentes de Fourier disminuyeran en la misma 
proporción, la señal resultante se reduciría en amplitud, pero no se 
distorsionaría. 
Desgraciadamente, todas las instalaciones de transmisión disminuyen 
los distintos componentes de Fourier en diferente grado, 
lo que provoca distorsión. 
En general, las amplitudes se transmiten sin ninguna disminución 
desde 0 hasta cierta frecuencia fc [medida en ciclos/seg o Hertz (Hz)], 
y todas las frecuencias que se encuentren por arriba de esta f
recuencia de corte serán atenuadas. 
El rango de frecuencias que se transmiten sin atenuarse con 
fuerza se conoce como \textbf{ancho de banda}. 

\subsubsection{Tasa de datos máxima de un canal}
En 1924, Henry Nyquist, se dio cuenta de que 
incluso un canal perfecto tiene una capacidad de transmisión finita. 
Derivó una ecuación que expresa la tasa de datos máxima para un canal 
sin ruido de ancho de banda finito. 
En 1948, Claude Shannon continuó el trabajo de Nyquist y lo extendió 
al caso de un canal sujeto a ruido aleatorio 

\paragraph{}
Nyquist probó que si se pasa una señal cualquiera a través de un 
filtro de ancho de banda B, la señal filtrada se puede reconstruir 
por completo tomando sólo 2B muestras (exactas) por segundo.
No tiene sentido muestrear la línea a una rapidez mayor que 2B veces 
por segundo porque los componentes de mayor frecuencia que tal 
muestreo puede recuperar ya se han filtrado.

\paragraph{}
Si el ruido aleatorio está presente, la situación se deteriora 
rápidamente. 
Y el ruido aleatorio (térmico) siempre está presente debido al 
movimiento de las moléculas del sistema. 
La cantidad de ruido térmico presente se mide por la relación entre 
la potencia de la señal y la potencia del ruido, llamada relación 
señal a ruido. 
Si indicamos la potencia de la señal con una S y la potencia del ruido 
con N, la relación señal a ruido es S/N. 


Por lo general, la relación misma no se expresa; en su lugar, se da 
la cantidad $10 log_{10} S/N$. 
Estas unidades se conocen como decibeles (dB). 

\paragraph{}
El resultado principal de Shannon es que la tasa de datos máxima de 
un canal ruidoso cuyo ancho de banda es B Hz y cuya relación señal a 
ruido es S/N, está dada por 
$$max \; [bps] = B \; log_2 (1 + S/N) $$


%\subsection{Medios de Transmisión Guiados}
\subsection{Medios de Transmisión}
El propósito de la capa física es transportar un flujo de datos puro 
de una máquina a otra. 
Es posible utilizar varios medios físicos para la transmisión real. 
Los medios se clasifican de manera general en medios guiados, como 
cable de cobre y fibra óptica, y medios no guiados, como radio y 
láser a través del aire. 

\paragraph{}
La señalización analógica consiste en la variación del voltaje con el 
tiempo para representar un flujo de información. 
Si los medios de transmisión fueran perfectos, el receptor recibiría 
exactamente la misma señal enviada por el transmisor. 
Por desgracia, los medios no son perfectos, por lo cual la señal 
recibida no es la misma que la transmitida. 
Si los datos son digitales, esta diferencia puede conducir a errores. 

% Esto es importante para el final pero ahora lo saco
%Las líneas de transmisión tienen tres problemas principales: 
%atenuación, distorsión por retar- do y ruido. 
%La atenuación es la pérdida de energía conforme la señal se propaga 
%hacia su destino. La pérdida se expresa en decibeles por kilómetro. 
%La cantidad de energía perdida depende de la frecuencia. 
%Para ver el efecto de esta dependencia de la frecuencia, imagine una 
%señal no como una simple forma de onda, sino como una serie de 
%componentes de Fourier. 
%Cada componente es atenuado en diferente medida, lo que da por 
%resultado un espectro de Fourier distinto en el receptor. 
%Por si esto no fuera poco, los diferentes componentes de Fourier 
%se propagan a diferente velocidad por el cable. 
%Esta diferencia de velocidad ocasiona una distorsión de la señal que 
%se recibe en el otro extremo. 
%Otro problema es el ruido, que es energía no deseada de fuentes 
%distintas al transmisor. 
%El movimiento al azar de los electrones en un cable causa el ruido 
%térmico y es inevitable. 
%La diafonía se debe al acoplamiento inductivo entre dos cables que 
%están cerca uno de otro. 
%A veces, al hablar por teléfono se escucha otra conversación 
%en el fondo. 
%Ésa es la diafonía. 
%Finalmente, hay ruido de impulso, causado por picos en la línea de 
%suministro de energía o por otros fenómenos. 
%En el caso de datos digitales, el ruido de impulso puede eliminar 
%uno o más bits. 

%Módems 
%Debido a los problemas antes mencionados, en especial al hecho de que 
%tanto la atenuación como la velocidad de propagación dependen de la 
%frecuencia, es indeseable tener un rango amplio de frecuencias 
%en la señal. 
%Desgraciadamente, las ondas cuadradas, como las de los datos 
%digitales, tienen un espectro amplio y por ello están sujetas a una 
%fuerte atenuación y a distorsión por retardo. 
%Estos efectos hacen que la señalización de banda base 
%(CC, corriente continua) sea inadecuada, excepto a velocidades 
%bajas y distancias cortas. 
%La señalización de CA (corriente alterna) se utiliza para superar 
%los problemas asociados a la señalización de CC, en especial en las 
%líneas telefónicas. 
%Se introduce un tono continuo en el ran- go de 1000 a 2000 Hz, 
%llamado portadora de onda senoidal, cuya amplitud, frecuencia o fase se 
%pueden modular para transmitir la información. 
%En la modulación de amplitud se usan dos niveles diferentes de 
%amplitud para representar 0 y 1, respectivamente. 
%En la modulación de frecuencia, conocida también como modulación por 
%desplazamiento de frecuencia, se usan dos (o más) tonos diferentes. 
%En la forma más simple de la modulación de fase la onda portadora 
%se desplaza de modo sistemático 0 o 180 grados a intervalos 
%espaciados de manera uniforme. 
%Un módem (por modulador-demodulador) es un dispositivo que acepta un 
%flujo de bits en serie como entrada y que produce una portadora 
%modulada mediante uno (o más) de estos métodos (o viceversa). 
%El módem se conecta entre la computadora (digital) y el sistema 
%telefónico (analógico).

%Es común la confusión de los conceptos ancho de banda, baudio, 
%símbolo y tasa de bits, por lo que los definiremos a continuación. 
\paragraph{}
El ancho de banda de un medio es el rango de frecuencias que atraviesa 
al medio con atenuación mínima. Es una propiedad física del medio 
(por lo general, de 0 a alguna frecuencia máxima) y se mide en 
hertzios (Hz). 
La tasa de baudios es la cantidad de muestras por segundo que se 
realizan. 
Cada muestra envía una porción de información, es decir, un símbolo. 
Por lo tanto, la tasa de baudios y la tasa de símbolos significan 
lo mismo. 
La técnica de modulación (por ejemplo, QPSK) determina la cantidad de 
bits por símbolo. 
La tasa de bits es la cantidad de información que se envía por el 
canal y es igual a la cantidad de símbolos por se- gundo por la 
cantidad de bits por símbolo. 

\paragraph{}
Todos los módems modernos transmiten tráfico en ambas direcciones al 
mismo tiempo (mediante el uso de frecuencias distintas para las 
diferentes direcciones). 
La conexión que permite el flujo de tráfico en ambas direcciones de 
manera simultánea se conoce como dúplex total. 
La conexión que permite el tráfico en ambas direcciones, pero sólo 
en un sentido a la vez, se denomina semidúplex. 
La conexión que permite el tráfico en una sola dirección se conoce 
como símplex. 

\subsection{Multiplexación}

Los esquemas se pueden dividir en dos categorías principales: 
FDM (Multiplexión por División de Frecuencia) y TDM 
(Multiplexión por División de Tiempo). 
En FDM el espectro de frecuencia se divide en bandas de frecuencia, 
y cada usuario posee exclusivamente alguna banda. 
En TDM los usuarios esperan su turno (en round-robin), y cada uno 
obtiene en forma periódica toda la banda durante un breve lapso 
de tiempo.
En FDM cada usuario obtiene un rango de la frecuencia.
 

 

